«Возможно, мир устроен супергармонично». Лекция

Доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник отделения теоретической физики Физического института имени П.Н. Лебедева РАН Алексей Семихатов провел лекцию «Жизнь после Хиггса» в рамках книжного фестиваля BookMarket. Slon публикует сокращенную версию лекции.

Как искали бозон Хиггса?

Произошло примерно следующее. Для того чтобы его обнаружить, очень сильным коллайдером-«молотком» били по «грецкому ореху». Когда «орех» раскалывался, детекторы изучали его осколки: есть ли там что-то внутри или нет? Хотя, если быть точным, ученые изучают даже не осколки этого «грецкого ореха», а осколки осколков осколков – продукты распада, поскольку этот несчастный Хиггс распадается с такой скоростью, что совершенно не успевает долететь ни до какого детектора. Если бозон Хиггса вдруг рождается, то исчезает мгновенно, но рождает при этом другие частицы. Они тоже быстро исчезают, оставляя вокруг себя ливни и всплески, бегущие во все стороны. Компьютеры должны одновременно собрать все эти осколки и по тому, как они разлетелись, определить, было ли что-то внутри «грецкого ореха».

Можно ли увидеть бозон Хиггса?

Только если вы хорошо знаете его свойства. Представьте себе, что ваша любимая кошечка стала вдруг невидимой. И вот вы живете, а кошку видеть и слышать не можете. Вы начинаете ставить эксперименты: «Здесь я положу еду. Может быть, она ее заберет. И тогда я пойму, что это моя кошка». Вы кладете еду, и ее действительно кто-то забирает. Могла ли это сделать именно ваша кошка? Могла, но это мог быть и кто-то другой: мышки там, крыски и бродячие коты. Вы начинаете накладывать в миску ее любимую еду, а рядом – нелюбимую. И замечаете, что любимую еду кто-то быстро съедает, а к нелюбимой почти не притрагивается. Таким образом, шансы, что это все-таки ваша кошка, увеличиваются. Но это еще не все. Зная, что кошка любит обдирать ваше любимое кресло, вы ставите его на самое видное место. Через какое-то время оно становится ободранным. Знания постепенно накапливаются, и в какой-то момент вы перестаете валять дурака, организовываете пресс-конференцию и сообщаете: «Да, я еще не вижу свою кошку. Но я уже понимаю, что происходит. По крупицам я собрал знания и могу сказать, что моя кошка находится здесь».

Это и произошло в июне, когда объявили, что найден бозон Хиггса. Но тут же заметили, что информация еще не точная. Представьте, что кошку вы все-таки нашли, но вдруг она уже с котятами или кота привела? Именно поэтому ученым и нужны дальнейшие исследования.

Зачем тратить усилия на поиски бозона Хиггса?

Он нужен как попытка преодолеть то, что называлось кризисом в науке. Бозон Хиггса примиряет два взаимно противоположных наблюдения, которые справедливы одновременно. С одной стороны, мир вокруг нас симметричен – мы не живем в хаосе. Вообще, мир хаоса отвратителен. Но, с другой стороны, нашу жизнь нельзя назвать симметричной. Симметрия не имеет здесь никакого содержания, это тупое повторение одного и того же. Да и при идеальном «орнаменте» мы бы умерли со скуки. Ясно, что нас радуют случаи, когда симметрия есть, но она не банальная.

Какую проблему решает бозон Хиггса?

Все частицы делятся на два класса: бозоны и фермионы. Частички, из которых мы сложены, – это фермионы, а бозоны – переносчики взаимодействия. Бозоны ужасно любят кучковаться вместе. Если бы вы были бозонами, вы бы сейчас все сидели на одном стуле. Не спрашивайте как – таковы свойства бозонов. Фермионы же, наоборот, индивидуалисты. Это как очередь из людей, неприятных друг другу, – поэтому они поддерживают между собой расстояние. Именно благодаря тому, что фермионы терпеть не могут друг друга, существует наш мир.

Каждый раз, когда вы в физике пытаетесь ответить на вопрос, с какой вероятностью случится то или это, какова будет сила притяжения, вы получаете бесконечный ответ. Теоретическая физика последних семидесяти-восьмидесяти лет – это практически непрерывная борьба с бесконечностью.

Но есть способ убрать эти бесконечности благодаря теориям, где переносчики взаимодействия имеют нулевую массу. Нужно допустить существование того, что никогда ранее не наблюдалось и, более того, имеет странные свойства. Нужно допустить существование бозона Хиггса – еще одного поля, которое взаимодействует со всеми другими полями и имеет очень необычное выражение энергии.

Что нового мы узнаем благодаря бозону Хиггса?

Возможно, что где-то в мире расположено «зеркало», за которым находится еще один мир, где частицы симметричны всему, что мы наблюдаем. Но это очень странное «зеркало», оно называется суперсимметрией – и это то, что может стать следующей новостью с коллайдера.

Как устроено это «зеркало»? Мы живем с вами в пространстве, которое состоит из точек, нумеруемых числами. Эти три числа можно перемножать как угодно, но всегда получится один и тот же результат. А за «зеркалом» существует то, что называется суперпространством. Это пространство, где нечто подобное числам есть, а точек – нет. Числа, которые исполняют здесь роль координат, обладают странным свойством: если вы их друг на друга умножите, а потом проделаете ту же операцию, но в обратном порядке, то эти два действия будут различаться знаком. Например, 5х4 – это как бы 20, а 4х5 – это минус 20.

Мир, который там, совершенно не похож на наш. Наше с вами пространство – это бозонное пространство. А странное пространство за «зеркалом» тяготеет к тому, чтобы описывать фермионы. Вспомните, как по-разному сидят на стульях бозоны и фермионы. Получается, что два этих мира производят бесконечности с разными знаками и по отдельности ведут себя очень плохо. Когда вы соединяете их вместе, выясняется, что они прекрасная, гармоничная пара. Вы узнаете, что мир устроен гораздо лучше, чем вы могли бы на это рассчитывать. Весьма возможно, мир устроен супергармонично и суперсимметрично. И если это так, то он математичен в своей основе.